4.2 压力焊方法
4.2.1 压力焊方法及工艺
4.2.2 电阻焊
4.2.3 摩擦焊
4.2.1,压力焊方法及工艺
压力焊 是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使
其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子
接近到晶格距离（ 0.3～ 0.5nm)，形成金属键，从而获得不可拆
卸接头的一类焊接方法。
热源形式为,电阻热、高频热、
摩擦热等。
力的形式为,静压力、冲击力
（锻压力）和爆炸力等。
压力焊为,冷压焊、扩散焊
和热压焊
压力焊动画模拟
4.2.2 电阻焊
1．电阻焊的原理及过程
电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通
过塑性变形和再结晶而实现焊接的。
（ 1） 热源
电阻热,Q=I× IRt,其中电流
和时间是外因，而电阻是内因。
焊接区的总电阻为：
R=Rc+2Rew+2Rw。其中 Rc为焊件
接触电阻,Rew为电极与焊件间
的接触电阻,Rw为焊件电阻。
影响接触电阻的因素：
工件表面状态 表面愈粗糙、氧
化愈严重、接触电阻愈大。
电极压力 压力愈高、接触电阻愈
小。
焊前预热 焊前预热将会使接触
电阻大大下降。
（ 2） 力
静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或
在压力下结晶。
冲击力（锻压力）用来细化晶粒，焊合缺陷等。其压力
变化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压
力较为理想。
电阻点焊熔核形成过程
（ 3） 电阻焊过程
预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑
性变形和再结晶。
2．电阻点焊
电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保
压获得焊点的电阻焊方法 。
点焊时的熔核偏移
在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导
热性好的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏
向厚板或导热差的材料的现象称为 熔核偏移 。
防止熔核偏移的措施
采用 特殊电极 和 工艺垫片 的措施。
点焊工艺参数
点焊的工艺参数为电流、压力和时间。
大电流，短时间称为强规范。
小电流，长时间称为弱规范。
点焊接头形式
点焊主要用于汽车、飞机
等薄板结构的大批量生产。
3．电阻缝焊
缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的
盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的
连续焊缝。
缝焊分流严重，通常
采用强规范焊接，焊接电
流比点焊大 1.5～ 2倍。
缝焊主要用于低压
容器，如汽车、摩托车
的油箱、气体静化器等
的焊接。
4．对焊
（ 1）电阻对焊
先将工件夹紧并加压，然后
通电使接触面温度达到塑性温度
(950～ 1000℃) 。在压力下塑变和
再结晶形成固态焊接接头（图 12-
77a）。电阻对焊要求对接处焊前
严格清理，所焊截面积较小,一般
用于钢筋的对接焊。
（ 2）闪光对焊
先通电，后接触，因个别点接触，个别点通过的电流密度很高，
可使其瞬间熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上存在电磁收缩
力和电磁引力及斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面排
除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。
闪光对焊主要 用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异
种金属的焊接。 因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。
4.2.3 摩擦焊
1.摩擦焊的工艺过程原理
摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生
的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种
压焊方法。
? 接头的焊接质量好、稳定，其
废品率是闪光对焊的 1%左右。
? 适于焊接异种钢和异种金属，
如碳素结构钢 -高速钢、铜 -不
锈钢、铝 -铜、铝 -钢等。
2.摩擦焊具有以下优点：
? 焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。
? 焊接生产率高，是闪光焊的 4～ 5倍。
? 三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与
闪光对焊比较，节省电能 80%～ 90%左右。
? 由于摩擦焊金属焊接变形小，接头焊前不需特殊清理，接头
上的飞边有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气
体，加工成本显著降低。
? 摩擦焊机容易实现机械化，自动化；操作技术简单，容易掌
握。
? 摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体，
有利于环境保护，适于设置在自动生产线上。
4.3 钎焊、封接与粘接工艺
4.3.2 粘接工艺
4.3.1 钎 焊
钎焊、封接与粘接工艺是一种物理和化学连
接。它是在低于构件熔点的温度下，采用填缝材
料，在液态下充填缝隙，通过毛细作用及表面化
学反应，待填缝材料结晶或固化后，将两个分离
的表面连接形成不可拆接头。
4.3.1 钎焊
钎焊,是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适
当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的
一种焊接方法。
1．硬钎焊
钎料熔点在 450℃ 以上，接头强度较高，都在 200MPa
以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。
2．软钎焊
钎料熔点为 450℃ 以下，接头强度较低，一般不超
过 70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的
工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。
钎焊过程中，一般都需要使用 钎剂 。钎剂的作
用是：清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改
善钎料流入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及
焊件不被氧化，因此钎剂对钎焊质量影响很大。
软钎焊时, 常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。
硬钎焊时,钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、
氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。
4.3.2 粘接工艺
粘接 是利用 胶粘剂 把两种性质相同或不同的
物质牢固地粘合在一起的连接方法。胶粘剂所以
能够把两个物质牢固地粘接在一起，主要因为胶
粘剂能通过本身在被粘接材料的连接面上产生机
械、物理和化学作用而具有粘附力。
粘接具有以下优点：
? 粘接对材料的适应性强，既可用于各种金属、非
金属的连接，也可用于金属与非金属的连接。
? 能减轻结构重量。采用粘接可省去很多螺钉、螺
栓等连接件，因此，粘接比铆接、焊接减轻结构
重量约 25%～ 30%。
? 粘接接头的应力分布均匀，应力集中较小，因此
它的耐疲劳性能好。
? 粘接接头的密封性能好，并具有耐磨蚀和绝缘等
性能。
? 粘接工艺简单，操作容易，效率高，成本低。
粘接具有以下缺点：
? 粘接强度比较低，一般仅能达到金属母材强度的
10%～ 50%。粘接接头的承载能力主要依赖于较大
的粘接面积。
? 使用温度低，一般长期工作温度只能在 150℃ 以
下，仅有少数可在 200～ 300℃ 范围内使用。
? 粘接接头长期与空气、热和光接触时，易老化变
质。
? 粘接质量因受多种因素影响不够稳定，而且质量
难以检验。
4.4 金属材料的焊接性能
4.4.1 金属材料的可焊性
4.4.2 碳钢的焊接
4.4.3 铸铁的焊补
4.4.4 有色金属的焊接
4.4.1 金属材料的可焊形
可焊性的概念
金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方
法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接
头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出
“好焊”和“不好焊”的差别。
估算钢材可焊性的方法
? 碳当量法,碳钢及低合金结构钢的碳当量经验
公式为：
15 )()(5 )()()(6 )()()( CuwNiwVwMowCrwMnwCwCEw ???????
? 根据经验：
C当量＜ 0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明
显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不
会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预
热。
C当量 =0.4%～ 0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向
明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应
注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。
C当量＞ 0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，
可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要
采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行
适当的热处理，才能保证焊接接头质量。
小型抗裂试验
从应用一般焊接工艺焊
后有无裂缝或裂缝多少，可
初步评定试板材料的可焊性
好坏；而后调整工艺（如预
热、缓冷等）再焊接试板，
使达到不裂，从而可参考抗
裂试验制订出合理的焊接工
艺规程与规范。
4.4.2 碳钢的焊接
低碳钢含碳量不大于 0.25%，塑性好，一般没有淬
硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢
时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要
进行热处理（电渣焊除外）。
4.4.2.2 中、高碳钢的焊接
中碳钢含碳量在 0.25%～ 0.6%之间，随含碳量的增
加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐渐变差。在实际生产
当中，主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。 中碳钢
的焊接特点：
4.4.2.1 低碳钢的焊接
? 热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝
中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温
度的区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现
马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，
就会在淬火区产生冷裂缝，即焊接接头焊后冷却到相变
温度以下或冷却到常温后产生裂缝。
? 焊缝金属热裂缝倾向较大
焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于
焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加
塑性下降，加上硫、磷低熔点杂质的存在，焊缝及熔合区
在相变前就可能因内应力而产生裂缝。因此,焊接中碳钢
构件，焊前必须进行预热,使焊接时工件各部分的温差减
小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避
免产生淬硬组织。
4.4.2.3 合金结构钢的焊接
低合金钢的焊接特点：
? 热影响区的淬硬倾向
低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，
淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含
碳及合金元素越多,钢材强度级别越高，焊后热影响
区的 淬硬倾向也越大 。强度级别大于 450MPa级的低合
金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，
形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。
? 焊接接头的裂缝倾向
不同环境温度的预热要求：
工件厚度 /mm,16以下，不低于 -10℃ 不预热,-
10℃ 以下预热 100～ 150℃
工件厚度 /mm,16-24，不低于 -5℃ 不预热,-
5℃ 以下预热 100～ 150℃
工件厚度 /mm,24-40，不低于 0℃ 不预热,0℃
以下预热 100～ 150℃
工件厚度 /mm,40以上，均应预热 100～ 150℃
4.4.3 铸铁的焊补
铸铁的焊接特点：
熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易
产生气孔
4.4.3.1 热焊法
热焊法是焊前将工件整体或局部预热到 600～
700℃,焊后缓慢冷却。
热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补
质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本
较高，生产率低，焊工劳动条件差。
一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸
件，如床头箱、汽缸体等。
4.4.3.2 冷焊法
焊补之前，工件不预热或只进行 400℃ 以下低温
预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来
调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂
缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件
好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊
补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件。
焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、
短焊道（每段不大于 50mm）并在焊后及时轻轻锤击
焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。
4.4.4 有色金属的焊接
4.4.4.1 铜及铜合金的焊接
铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：
? 铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的 8倍），焊接时热
量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较
大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。
? 铜在液态易氧化，生成的 Cu2O与铜组成低熔点共晶，分
布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时
收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过
程中极易引起开裂。
? 铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔
液中析出，来不及逸出就会生成气孔。
? 铜的电阻极小，不适于电阻焊接。
? 铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难
增大。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧
蚀蒸发并生成氧化锌（ ZnO）。改变接头化学成分、降
低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝
青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘
度，生成气孔和夹渣。
铜及铜合金 可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等
方法进行焊接。
采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方
法。
4.4.4.2 铝及铝合金的焊接
工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点 658℃ ）、铝
锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较
困难，其焊接特点是：
? 铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（ Al2O3）。氧
化铝组织致密，熔点高达 2050℃,它覆盖在金属表面，能
阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。
? 铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，
厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊
接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。
? 液态铝能吸收大量的氢，铝在固态时又几乎不溶解氢，
因此在溶池凝固时易生成气孔。
? 铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常由于不能支持熔
池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。
目前焊接铝及铝合金的 常用方法有氩弧焊、气
焊、点焊、缝焊和钎焊。
不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前
必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜
与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。
4.4.4.3 异种金属的焊接性分析
异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，
因为除了金属本身的物理化学性能对焊接有影响外，
两种金属材料性能的差异会更大程度上影响它们之
间的焊接。
? 结晶化学性的差异
? 物理性能的差异
? 熔点
? 线膨胀系数
? 导热率和比热
? 金属的氧化性
? 金属间化合物
? 焊缝与母材不等强性
为了获得优质的异种金属焊接接头，除合理
地选用焊接方法和填充材料，正确地制定焊接工
艺外，还可采取如下一些工艺措施：
? 尽量缩短被焊金属在液态下相互接触时间，以防止
或减少生成金属间化合物。
? 熔焊时要很好地保护被焊金属，防止金属与周围空
气的相互作用。
? 采用与两种被焊金属的焊接性都很好的中间层或堆
焊中间过渡层，以防止生成金属间化合物。
? 在焊缝中加入某些合金元素，以阻止金属间化合物
相的产生和增长。
异种金属的焊接方法
? 熔焊
采用熔焊最大特点是控制稀释率和金属间化
合物的产生。因此，为了减少稀释率，降低熔合
比或控制不同金属母材的熔化量，常可选用热源
能量密度较高的电子束焊、激光焊、等离子弧焊
等方法。
解决母材金属稀释问题，可用 堆焊隔离层
的方法实现。
对一些熔合不理想的属，可通过增加过渡层
金属，使其能更好地熔合在一起。
堆焊隔离层的应用
? 压焊
大多数压焊方法都只是将被焊金属加热至塑性
状态或甚至不加热，而施加一定压力为基本特征。
与熔焊相比，当焊接异种金属接头时，压焊具有一
定的优越性，只要接头形式允许，采用压焊往往是
比较合理的选择。
? 钎焊
钎焊本身就是钎料与母材之间的异种金属连接
方法。还可采用较特殊的钎焊方法，如熔焊 -钎焊
法（钎料与其中一种母材相同）、共晶钎焊法或共
晶扩散焊法（使两种母材在结合面处形成低熔点共
晶体）和液相过渡焊（在接缝之间加入可熔化的中
间夹层）等方法。